菊花蚜虫抗性相关基因表达谱分析及microRNA发掘

【摘要】菊花[Chrysanthemummorifolium(Ramat.)Kitamura]是我国十大传统名花、世界四大切花之一,在鲜切花和盆栽花市场中占很大比重。然而随着菊花生产规模的不断扩大,种植密度的不断增加,使得菊花易于受到蚜虫的侵害进而传播病毒,导致其产量、品质的严重下降。蚜虫是广泛分布且以植物韧皮部为主要取食部位的害虫之一,菊花从幼苗至成花期时有发生,其特有的生物特性赋予其高侵染的能力。蚜虫对植株的危害不仅在于其对植物的直接伤害,还在于它作为病毒的载体,进而造成植株矮小,叶片变黄卷曲。目前多采用杀虫剂来防治蚜虫,不仅浪费人力物力,还会使蚜虫群体产生抗药性,因此探索植物对蚜虫抗性机理,采用非化学方法来控制蚜虫的危害显得尤为重要。本研究采用Illumina高通量测序技术,对菊花响应蚜虫胁迫和针刺机械伤害调控过程的表达谱和小分子RNA进行了研究,获得了大量mRNA和nicroRNA的序列数据,依次建立了蚜虫胁迫、针刺机械伤害处理与非胁迫对照下菊花叶片的小分子RNA组及数字化表达谱,并筛选出了蚜虫特异取食相关的转录因子和microRNA,如WRKY和micro319a、micro393b-5p。本研究旨在探索蚜虫抗性机理及挖掘抗性相关基因,对基因工程创造抗蚜虫切花菊新种质的研究具有重要意义,主要结论如下：(1)蚜虫胁迫、针刺机械伤害与非胁迫对照的菊花叶片数字化转录组数据库分别获得的reads数据条数为7215860、7319841、7363292。对三个样品中所得数据进行分析,得到了大量的差异表达基因。其中蚜虫胁迫与非胁迫对照相比存在1157个差异表达基因,上调基因为995个,下调基因为162个；针刺机械伤害与非胁迫对照相比存在527个差异表达基因,上调基因为487个,下调基因为40个；蚜虫胁迫与针刺机械伤害相比存在340个差异表达基因,上调基因为213个,下调基因为127个。(2)分别对非胁迫对照与蚜虫胁迫对比组、非胁迫对照与针刺机械伤害对比组、针刺机械伤害与蚜虫胁迫对比组差异表达的基因进行GO和pathway显著性富集,非胁迫对照与蚜虫胁迫对比组中能被GO注释的Unigenes共有2504个,有76条pathyway被富集；非胁迫对照与针刺机械伤害对比组中能被GO注释的Unigenes共有1013条,有64条pathyway被富集；针刺机械伤害与蚜虫胁迫对比组中能被GO注释的Unigenes共有666条,有40条pathyway被富集。(3)以高抗蚜虫品种‘南农勋章’为材料,分别对蚜虫胁迫,针刺机械伤害处理和非胁迫对照下的菊花叶片进行HiSeq深度测序以及生物信息学分析。在三个样品中得到了的microRNA种类依次为21525种、25202种、22898种,其中已知的microRNA家族数分别为222个、225个、223个。对测序得到的已知microRNA进行差异显著性分析发现在非胁迫对照与蚜虫胁迫对比组中显著差异表达的基因有80个,其中39个为上调,41个为下调；在非胁迫对照与针刺机械伤害对比组中显著差异表达的基因有99个,其中49个为上调,50个为下调；在针刺机械伤害与蚜虫胁迫对比组中显著差异表达的基因有79个,其中39个为上调,40个为下调。(4)通过预测软件对各对比组差异表达的已知microRNA进行分析,在非胁迫对照与蚜虫胁迫对比组中可预测出靶基因的差异microRNA数量为26,靶基因数量为141,靶基因位点数量为145；在非胁迫对照与针刺机械伤害对比组中可预测出靶基因的差异microRNA数量为38,靶基因数量为156,靶基因位点数量为159；在针刺机械伤害与蚜虫胁迫对比组中可预测出靶基因的差异microRNA数量为27,靶基因数量为108,靶基因位点数量为110。
【作者】邵亚峰；
【导师】陈素梅；
【作者基本信息】南京农业大学，园林植物与观赏园艺，2013，硕士
【关键词】菊花；抗蚜性；表达谱；microRNA；差异表达；

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